JP6439767B2 - Mold for powder molding - Google Patents
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Description
本発明は、粉体を成形する金型に関するものである。 The present invention relates to a mold for molding powder.
樹脂製品の中には、粉体を金型で圧縮成形し、更に圧縮成形品を焼成することで製造されるものがある（例えば特許文献１を参照）。例えば、後述のPTFEは、粉体が金型でシート状に圧縮成形された後に焼成され、シート材として販売されたり、シート材から所望の形状の部材を切り出して使用されたりする。 Some resin products are manufactured by compressing powder with a metal mold and firing the compression-molded product (see, for example, Patent Document 1). For example, PTFE, which will be described later, is baked after powder is compression-molded into a sheet shape with a mold and sold as a sheet material, or a member having a desired shape is cut out from the sheet material and used.
しかしながら、圧縮成形品の焼成工程では、製品に反りやクラックが発生しやすく、不良品として処分しなければならない場合がある。また、反りのあるシート材（焼成品）から部材を切り出す場合には、反りやクラックが無い部分から部材を切り出すなどの工夫が必要になり、歩留まりが悪いうえに手間もかかる。このような反りやクラックは、例えば焼成条件の調整による対策では無くしてしまうことは不可能である。 However, in the compression molding product firing process, the product is likely to warp or crack, and may have to be disposed of as a defective product. In addition, when cutting a member from a warped sheet material (fired product), it is necessary to devise a method such as cutting the member from a portion free from warpage or cracks, which results in poor yield and labor. Such warpage and cracks cannot be eliminated by measures such as adjustment of firing conditions.
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、粉体を圧縮成形し更にそれを焼成してシート状の製品を製造するに際して、該製品の反りやクラックを低減することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and aims to reduce warpage and cracks of the product when the powder is compression molded and further fired to produce a sheet-like product. Yes.
前記の課題を解決するため、第１の態様は、鉄合金で形成された、粉体成形用の金型において、
貫通孔（21）を有するダイ（20）と、
前記貫通孔（21）の一端側に嵌まる第１パンチ（30）と、
平板状に形成され、前記貫通孔（21）の他端側に嵌まって、前記ダイ（20）及び前記第１パンチ（30）とともに、粉体（P）が充填されるキャビティ（50）を形成する第２パンチ（40）と、
前記第１パンチ（30）は、前記キャビティ（50）の一面をなす正方形の平面部（31a）を有した板部材（31）と、
前記平面部（31a）を押す部材（32）とを備え、
前記正方形の一辺の長さをａ（長さの単位はｍｍ（ミリメートル））、前記板部材（31）の厚さをｔ（長さの単位はｍｍ（ミリメートル））、ｋ＝ａ４／ｔ３とした場合に、
ｋの値がｋ≦１×１０５
となるように、前記正方形の一辺の長さ（a）、及び前記板部材（31）の厚さ（t）が設定され、
前記粉体（P）は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）又はポリクロロトリフルオロエチレン（PCTFE）を主成分とし、
前記第１パンチ（30）の平面部（31a）の面積（S0）と、該平面部（31a）における、前記部材（32）の中立面（NP）よりも内側部分の面積（S1）との比は、０．３〜０．７であることを特徴とする粉体成形用の金型である。
In order to solve the above-mentioned problem, a first aspect is a powder molding die formed of an iron alloy .
A die (20) having a through hole (21);
A first punch (30) fitted to one end of the through hole (21);
A cavity (50) that is formed in a flat plate shape, is fitted to the other end of the through hole (21), and is filled with powder (P) together with the die (20) and the first punch (30). A second punch (40) to be formed;
The first punch (30) includes a plate member (31) having a square flat surface portion (31a) forming one surface of the cavity (50) ,
A member (32) for pressing the flat surface portion (31a) ,
The length of one side of the square is a (the unit of length is mm (millimeter)), the thickness of the plate member (31) is t (the unit of length is mm (millimeter)), and k = a 4 / t 3
The value of k is k ≦ 1 × 10 5
As the length of one side of the square (a), and the plate thickness of the member (31) (t) is set,
The powder (P) is mainly composed of polytetrafluoroethylene (PTFE) or polychlorotrifluoroethylene (PCTFE),
The area (S0) of the plane part (31a) of the first punch (30), and the area (S1) of the inner part of the plane part (31a) from the neutral surface (NP) of the member (32) Is a mold for powder molding, characterized in that the ratio is 0.3 to 0.7 .
また、第２の態様は、第１の態様において、
ｋの値がｋ≦４×１０４
となるように、前記正方形の一辺の長さ（a）、及び前記板部材（31）の厚さ（t）が設定されていることを特徴とする。
The second aspect is the first aspect,
The value of k is k ≦ 4 × 10 4
Thus, the length (a) of one side of the square and the thickness (t) of the plate member (31) are set.
これらの構成では、パラメータｋの範囲は、最大密度差（ρd）が最悪となる、面積比（A）及び成形後のシート厚さ（h）の組み合わせを勘案して定められており、板部材（31）は、そのパラメータｋに基づいて、大きさが定められる。 In these configurations, the range of the parameter k is determined in consideration of the combination of the area ratio (A) and the sheet thickness (h) after forming, in which the maximum density difference (ρd) is worst. The size of (31) is determined based on the parameter k.
また、第３の態様は、第１又は第２の態様において、
前記粉体（P）は、ポリテトラフルオロエチレン又はポリクロロトリフルオロエチレンであることを特徴とする。
Further, the third aspect is the first or second aspect,
The powder (P) is characterized by a polytetrafluoroethylene or polychlorotrifluoroethylene.
この構成では、ポリテトラフルオロエチレンやポリクロロトリフルオロエチレンを成形する金型において、前記の効果を得ることが可能になる。 With this configuration, the above-described effects can be obtained in a mold for molding polytetrafluoroethylene or polychlorotrifluoroethylene.
第１の態様や第２の態様によれば、最大密度差を所定範囲に収めることが可能になるので、粉体を圧縮成形し更にそれを焼成してシート状の製品を製造するに際して、該製品の反りやクラックを低減することが可能になる。また、汎用性の高い金型（例えば種々の成形品の厚さに対応可能な金型）を構成することが可能になる。 According to the first aspect and the second aspect, the maximum density difference can be kept within a predetermined range. Therefore, when a sheet-like product is manufactured by compression-molding a powder and further firing the powder, It is possible to reduce warping and cracks in the product. In addition, it is possible to configure a highly versatile mold (for example, a mold that can cope with the thickness of various molded products).
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
《発明の実施形態》
本発明の発明者は、粉体を圧縮成形し、更にそれを焼成してシート状の製品（樹脂シート）を製造するに際して、焼成する前の圧縮成形の段階で反りやクラックの対策を行えないか、種々の検討を行った。その結果、圧縮成形品（後述）の残留応力を低減することで当該対策が可能であることを見出した。また、その検討の中で、本発明の発明者は、粉体（P）の圧縮成形のシミュレーション技術を開発しており、そのシミュレーション技術を用いたことで、従来は問題とされていなかった粉体成形用の金型の変形が前記残留応力の一因であることも突き止めた。そして、本発明の発明者は、粉体成形用の金型を工夫することで前記残留応力を低減して、前記樹脂シートの反りやクラックの対策を行った。以下の実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン（以下、PTFEと略記する）を主成分とした粉体（P）を成形する金型の例を説明する。
<< Embodiment of the Invention >>
The inventor of the present invention cannot take measures against warping or cracking at the stage of compression molding before firing when the powder is compression-molded and further fired to produce a sheet-like product (resin sheet). Various studies were conducted. As a result, it was found that the countermeasure can be taken by reducing the residual stress of the compression molded product (described later). In addition, during the study, the inventors of the present invention have developed a simulation technique for compression molding of powder (P), and by using the simulation technique, powder that has not been considered a problem in the past has been developed. It was also found that the deformation of the body molding die contributed to the residual stress. And the inventor of this invention reduced the said residual stress by devising the metal mold | die for powder molding, and took the countermeasure against the curvature and crack of the said resin sheet. In the following embodiment, an example of a mold for molding a powder (P) containing polytetrafluoroethylene (hereinafter abbreviated as PTFE) as a main component will be described.
まず、図１に本発明の実施形態に係る金型（10）の斜視図を示す。また、図２に金型（10）の平面図、図３に金型（10）の断面図を示す。図３は、図２のIII-III断面に相当する。この金型（10）は、粉体（P）を圧縮して、シート状に成形する。 First, FIG. 1 shows a perspective view of a mold (10) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the mold (10), and FIG. 3 is a cross-sectional view of the mold (10). FIG. 3 corresponds to the III-III cross section of FIG. The mold (10) compresses the powder (P) and forms it into a sheet.
〈金型（10）の構成〉
図１は、金型（10）の各構成部品を別個に示しており、同図に示すように、金型（10）は、ダイ（20）、上パンチ（30）、及び下パンチ（40）を備えている。上パンチ（30）は、本発明の第１パンチの一例であり、下パンチ（40）は、本発明の第２パンチの一例である。
<Configuration of mold (10)>
FIG. 1 shows each component of the mold (10) separately. As shown in FIG. 1, the mold (10) includes a die (20), an upper punch (30), and a lower punch (40). ). The upper punch (30) is an example of the first punch of the present invention, and the lower punch (40) is an example of the second punch of the present invention.
ダイ（20）は、図１に示すように、中空の四角柱状の形態を有し、例えば鉄合金などの金属によって形成される。このダイ（20）には、断面が正方形の貫通孔（21）が形成されている。この貫通孔（21）に上パンチ（30）及び下パンチ（40）が嵌め込まれることにより、貫通孔（21）内には閉空間が形成され、この閉空間は、金型（10）で成形する粉体（P）を充填するキャビティ（50）として機能する。 As shown in FIG. 1, the die (20) has a hollow quadrangular prism shape and is formed of a metal such as an iron alloy. The die (20) has a through hole (21) having a square cross section. By fitting the upper punch (30) and the lower punch (40) into the through hole (21), a closed space is formed in the through hole (21), and this closed space is formed by the mold (10). Functions as a cavity (50) filled with powder (P).
この例では、下パンチ（40）は、貫通孔（21）の下端側に嵌め込まれる。この下パンチ（40）は、鉄合金などの金属によって平板状に形成されており、下パンチ（40）の水平方向の断面（以下、水平断面）は、貫通孔（21）の断面と同型状（すなわち正方形）である。なお、以下では、下パンチ（40）の上面（貫通孔（21）内に向く面）をキャビティ面（40a）と呼ぶことにする。下パンチ（40）のキャビティ面（40a）は正方形である。 In this example, the lower punch (40) is fitted to the lower end side of the through hole (21). The lower punch (40) is formed in a flat plate shape using a metal such as an iron alloy, and the horizontal cross section (hereinafter, horizontal cross section) of the lower punch (40) is the same shape as the cross section of the through hole (21). (Ie square). Hereinafter, the upper surface of the lower punch (40) (the surface facing into the through hole (21)) will be referred to as the cavity surface (40a). The cavity surface (40a) of the lower punch (40) is square.
また、上パンチ（30）は、貫通孔（21）の上端側に嵌め込まれる。この上パンチ（30）は、板部材（31）と円筒部材（32）とを備えている。板部材（31）は、鉄合金などの金属によって形成され、貫通孔（21）の上端側に嵌め込まれる。そのため、板部材（31）の水平断面も貫通孔（21）の断面と同型状の正方形である。つまり、板部材（31）は、下パンチ（40）のキャビティ面（40a）と同形状（正方形）の平面部（31a）を有している（換言すると、平面部（31a）は、貫通孔（21）の断面と同型状に形成されている）。 The upper punch (30) is fitted into the upper end side of the through hole (21). The upper punch (30) includes a plate member (31) and a cylindrical member (32). The plate member (31) is formed of a metal such as an iron alloy and is fitted into the upper end side of the through hole (21). Therefore, the horizontal cross section of the plate member (31) is also a square having the same shape as the cross section of the through hole (21). That is, the plate member (31) has a flat surface portion (31a) having the same shape (square shape) as the cavity surface (40a) of the lower punch (40) (in other words, the flat surface portion (31a) has a through hole. (It is formed in the same shape as the cross section of (21)).
また、円筒部材（32）は、鉄合金などの金属によって円筒状に形成されている。円筒部材（32）は、その一端において板部材（31）と接するようになっている。この例では具体的には円筒部材（32）の一端は、板部材（31）の平面部（31a）とは反対側の面に固定されている。その際、円筒部材（32）の中心軸（CL）が、平面部（31a）の図心（Fc）を通るように、円筒部材（32）と板部材（31）とは溶接されている。なお、板部材（31）と円筒部材（32）とは、必ずしも溶接などによって一体化する必要はなく、それぞれ別部材として用意してもよい。 The cylindrical member (32) is formed in a cylindrical shape from a metal such as an iron alloy. The cylindrical member (32) is in contact with the plate member (31) at one end thereof. Specifically, in this example, one end of the cylindrical member (32) is fixed to the surface of the plate member (31) opposite to the flat surface portion (31a). At that time, the cylindrical member (32) and the plate member (31) are welded so that the central axis (CL) of the cylindrical member (32) passes through the centroid (Fc) of the plane portion (31a). The plate member (31) and the cylindrical member (32) are not necessarily integrated by welding or the like, and may be prepared as separate members.
金型（10）では、板部材（31）の大きさの設定に特徴があるが、その設定を説明するにあたり、まず、この金型（10）による粉体（P）の圧縮成形について簡単に説明する。 The mold (10) is characterized by the setting of the size of the plate member (31). Before explaining the setting, the compression molding of the powder (P) using this mold (10) will be briefly explained. explain.
〈金型（10）による粉体（P）の成形〉
図４は、金型（10）をプレス成形機（100）にセットした状態を示す。図４は、プレス成形機（100）の正面図であり、金型（10）のみを断面図で表してある。図４に示すように、プレス成形機（100）は、天板（101）、テーブル（102）、支柱（103）、及び油圧シリンダ（104）を備えている。プレス成形機（100）では、油圧シリンダ（104）を伸張させるとテーブル（102）が支柱（103）に沿って上昇し、テーブル（102）と天板（101）との間隔が狭まるようになっている。なお、プレス成形機（100）を作動させる機構は、油圧シリンダ（104）には限定されない。その他に当該機構として、例えばバネによる機械式や電動、空圧等の方式を採用してもよい。
<Molding powder (P) with mold (10)>
FIG. 4 shows a state in which the mold (10) is set in the press molding machine (100). FIG. 4 is a front view of the press molding machine (100), in which only the mold (10) is shown in a sectional view. As shown in FIG. 4, the press molding machine (100) includes a top plate (101), a table (102), a support column (103), and a hydraulic cylinder (104). In the press molding machine (100), when the hydraulic cylinder (104) is extended, the table (102) rises along the column (103), and the distance between the table (102) and the top plate (101) is reduced. ing. The mechanism for operating the press molding machine (100) is not limited to the hydraulic cylinder (104). In addition, as the mechanism, for example, a mechanical method using a spring, an electric method, a pneumatic method, or the like may be adopted.
粉体（P）をシート状に成形するには、下パンチ（40）とダイ（20）とを組み合わせ、キャビティ（50）となる部分に粉体（P）を充填する。この際、キャビティ（50）内に充填した粉体の厚さ（以下、粉体厚さ（h’））が概ね均等になるように、キャビティ（50）内に粉体（P）を拡げる。次に、ダイ（20）の上側から上パンチ（30）をセットする。 In order to form the powder (P) into a sheet shape, the lower punch (40) and the die (20) are combined and the powder (P) is filled in the portion that becomes the cavity (50). At this time, the powder (P) is expanded in the cavity (50) so that the thickness of the powder filled in the cavity (50) (hereinafter referred to as powder thickness (h ′)) is substantially uniform. Next, the upper punch (30) is set from the upper side of the die (20).
この状態の金型（10）をプレス成形機（100）のテーブル（102）に載せてから、油圧シリンダ（104）を作動させてテーブル（102）を上昇させる。そうすると、上パンチ（30）の円筒部材（32）が天板（101）に当たって押され、その結果、キャビティ（50）内の粉体（P）がキャビティ（50）内で圧縮される。それにより、キャビティ（50）内では、粉体（P）が一体化されてシート状になる。このシート状の成形品を例えば電気炉で焼成することによって、製品（樹脂のシート）として完成する。なお、ここでは、この完成品を最終成形品と命名する。 After the mold (10) in this state is placed on the table (102) of the press molding machine (100), the hydraulic cylinder (104) is operated to raise the table (102). Then, the cylindrical member (32) of the upper punch (30) hits the top plate (101), and as a result, the powder (P) in the cavity (50) is compressed in the cavity (50). Thereby, in the cavity (50), the powder (P) is integrated into a sheet shape. The sheet-like molded product is fired in, for example, an electric furnace to be completed as a product (resin sheet). Here, this finished product is named the final molded product.
〈板部材（31）の形状設定〉
既述の通り、本発明の発明者は、粉体（P）の圧縮成形のシミュレーション技術（具体的には有限要素法を応用した解析技術）を開発した。そして、そのシミュレーション技術を用いて、圧縮成形過程における金型（10）の応力などを検証した。その結果、成形品の残留応力（後述の「最大密度差」でとらえることができる）が最終成形品の反りやクラックに影響（関連）し、最終成形品の残留応力（最大密度差）には、上パンチ（30）（より詳しくは板部材（31））の変形が影響することを見出すことができた。また、更にシミュレーションを行ったところ、上パンチ（30）の板部材（31）の形状を工夫することで、残留応力（後述の「最大密度差」）を低減できることが分かった。
<Shape setting of plate member (31)>
As described above, the inventor of the present invention has developed a simulation technique (specifically, an analysis technique using a finite element method) of compression molding of powder (P). The simulation technique was used to verify the stress of the mold (10) during the compression molding process. As a result, the residual stress of the molded product (which can be grasped by the “maximum density difference” described later) affects (related) the warpage and cracks of the final molded product, and the residual stress (maximum density difference) of the final molded product The deformation of the upper punch (30) (more specifically, the plate member (31)) was found to be affected. Further simulations have revealed that residual stress ("maximum density difference" described later) can be reduced by devising the shape of the plate member (31) of the upper punch (30).
板部材（31）の形状を工夫するに際して、本発明の発明者は、板部材（31）及び円筒部材（32）の寸法（後述）を種々の値に設定し、圧縮成形品（粉体（P）を金型（10）で圧縮成形したものであって焼成前のものを意味する）における最大密度差を、種々の成形後のシート厚さ（h）について求めた。ここでの「最大密度差」とは、圧縮成形品における、密度が最大の部分と、密度が最小の部分との差を平均密度（ρave）で除算した値をパーセント表示した値である。より具体的には、最大密度差（ρd）＝(最大密度（ρmax）−最小密度（ρmin）)/平均密度（ρave）をパーセント表示した値である。 When devising the shape of the plate member (31), the inventor of the present invention sets the dimensions (described later) of the plate member (31) and the cylindrical member (32) to various values, and compresses the molded product (powder ( The maximum density difference in P), which was compression molded with a mold (10) and meant before firing) was determined for various sheet thicknesses (h) after molding. Here, the “maximum density difference” is a value obtained by dividing the difference between the portion having the maximum density and the portion having the minimum density by the average density (ρave) in the compression-molded product, as a percentage. More specifically, the maximum density difference (ρd) = (maximum density (ρmax) −minimum density (ρmin)) / average density (ρave).
なお、板部材（31）の寸法設定に際しては、その厚さ（t）、及び一辺の長さ（すなわち正方形の一辺の長さ（a））を種々に変更した。また、円筒部材（32）に関しては、板部材（31）に対する相対的な大きさを種々に設定した。より具体的には、円筒部材（32）に関しては、板部材（31）の平面部（31a）の面積（S0）と、該平面部（31a）における、円筒部材（32）の中立面（NP）よりも内側部分の面積（S1）との比（以下、説明の便宜のため面積比（A）と命名する。面積比（A）＝面積（S1）/面積（S0）と表せる。）を種々に変更している。参考のため、図５に、円筒部材（32）の中立面（NP）よりも内側部分をハッチングで示す。 In setting the dimensions of the plate member (31), the thickness (t) and the length of one side (that is, the length (a) of one side of the square) were variously changed. Moreover, regarding the cylindrical member (32), various relative sizes with respect to the plate member (31) were set. More specifically, with respect to the cylindrical member (32), the area (S0) of the planar portion (31a) of the plate member (31) and the neutral surface (32) of the cylindrical member (32) in the planar portion (31a) NP) Ratio to the area (S1) of the inner part (hereinafter referred to as area ratio (A) for convenience of explanation. Area ratio (A) = area (S1) / area (S0)) There are various changes. For reference, in FIG. 5, the inner part of the cylindrical member (32) is shown by hatching from the neutral plane (NP).
このシミュレーションでは、３種類の面積比（A）（Ａ＝０．３，０．５，及び０．７）と、３種類の成形後のシート厚さ（h）（ｈ＝６ｍｍ（ミリメートル，以下同様），１０ｍｍ，及び１４ｍｍ）との組み合わせによって得られる９種のサンプルについて最大密度差（ρd）の算出を行った。なお、面積比（A）＝０．７は、板部材（31）に搭載できる円筒部材（32）の直径の概ね上限値に相当する。 In this simulation, three types of area ratios (A) (A = 0.3, 0.5, and 0.7) and three types of sheet thicknesses after forming (h) (h = 6 mm (millimeters, below) Similarly, the maximum density difference (ρd) was calculated for nine types of samples obtained in combination with 10 mm and 14 mm). The area ratio (A) = 0.7 corresponds to a substantially upper limit value of the diameter of the cylindrical member (32) that can be mounted on the plate member (31).
また、このシミュレーションでは、円筒部材（32）の肉厚は１０ｍｍとした。円筒部材（32）の上端の面（天板（101）に接する面）には、プレス成形機（100）によって２０MPaの圧力が加えられるものとしている。キャビティ（50）を構成する面（平面部（31a）、キャビティ面（40a）、及びダイ（20）の内側側面）と粉体（P）との間の摩擦係数（μ）は、μ＝０．２としている。一般的に粉体は、圧縮成形過程の進行に従って、摩擦係数（μ）が概ね０．１から０．３まで変化するが、本シミュレーションにおけるμ＝０．２は、本実施形態の粉体（P）における圧縮成形終盤の摩擦係数に相当する。なお、本発明の発明者は、この研究において、摩擦係数（μ）が大きいほど、「最大密度差」が大きくなるとの知見を得ている。 In this simulation, the thickness of the cylindrical member (32) was 10 mm. A pressure of 20 MPa is applied to the upper end surface (the surface in contact with the top plate (101)) of the cylindrical member (32) by the press molding machine (100). The friction coefficient (μ) between the surface (the plane portion (31a), the cavity surface (40a), and the inner side surface of the die (20)) constituting the cavity (50) and the powder (P) is μ = 0. .2. Generally, the friction coefficient (μ) generally changes from 0.1 to 0.3 with the progress of the compression molding process. However, μ = 0.2 in this simulation represents the powder ( Corresponds to the friction coefficient at the end of compression molding in P). In addition, the inventor of the present invention has obtained knowledge that the “maximum density difference” increases as the friction coefficient (μ) increases.
図６に、最大密度差（ρd）のシミュレーション結果をグラフで示す。図６のグラフは、縦軸が最大密度差[%]である。また、該グラフの横軸は、パラメータｋ＝ａ４／ｔ３の値である。ここで、ａは、板部材（31）の一辺の長さ（すなわち正方形の一辺の長さ）であり、ｔは、板部材（31）の厚さである。ここでは、ａ及びｔの単位は、何れもｍｍ（ミリメートル）である。本発明の発明者は、このパラメータｋを採用することで、種々のサイズの板部材（31）に関する最大密度差（ρd）を単調増加する曲線（密度差曲線（C）と命名する）で表せることを見出したのである。このシミュレーション結果は、圧縮成形品における最大密度差（ρd）の実測値とも良く整合している。最大密度差（ρd）の実測値は、圧縮成形品を多数の小片に切断し、それぞれの小片の密度を実測して求めた。なお、円筒部材（32）の肉厚を変更しても同様の結論が得られることをシミュレーションで確認している。 FIG. 6 is a graph showing the simulation result of the maximum density difference (ρd). In the graph of FIG. 6, the vertical axis represents the maximum density difference [%]. The horizontal axis of the graph is the value of the parameter k = a 4 / t 3 . Here, a is the length of one side of the plate member (31) (that is, the length of one side of the square), and t is the thickness of the plate member (31). Here, the units of a and t are both mm (millimeters). By adopting this parameter k, the inventor of the present invention can express the maximum density difference (ρd) relating to plate members (31) of various sizes as a monotonically increasing curve (named density difference curve (C)). I found out. This simulation result is in good agreement with the measured value of the maximum density difference (ρd) in the compression molded product. The measured value of the maximum density difference (ρd) was obtained by cutting the compression molded product into a large number of small pieces and measuring the density of each small piece. It has been confirmed by simulation that the same conclusion can be obtained even if the thickness of the cylindrical member (32) is changed.
図６から分かるように、面積比（A）の値が同じであれば、最大密度差（ρd）は、成形後のシート厚さ（h）が大きいほど小さくなる傾向にある。また、実用的な範囲において、成形後のシート厚さ（h）を６ｍｍよりも小さくしても、それらの密度差曲線（C）は、成形後のシート厚さ（h）＝６ｍｍ場合の密度差曲線（C）にほぼ重なっていた（図示は省略）。つまり、成形後のシート厚さ（h）以外の条件が同じであれば、最大密度差（ρd）が最悪となるのは、ｈ＝６ｍｍの場合であると考えて差し支えない。 As can be seen from FIG. 6, when the area ratio (A) is the same, the maximum density difference (ρd) tends to decrease as the sheet thickness (h) after forming increases. Moreover, even if the sheet thickness (h) after molding is smaller than 6 mm within the practical range, the density difference curve (C) shows the density when the sheet thickness (h) after molding is 6 mm. It almost overlapped the difference curve (C) (not shown). That is, if the conditions other than the sheet thickness (h) after molding are the same, the maximum density difference (ρd) may be considered to be the worst when h = 6 mm.
また、面積比（A）と最大密度差（ρd）との関係を見ると、図６の例では、Ａ＝０．５の場合が、最も最大密度差（ρd）が小さい。最大密度差（ρd）と面積比（A）との関係を詳しく調べるために、図７に示すように、横軸を面積比（A）、縦軸を最大密度差（ρd）としたグラフに両者の関係をプロットすると、両者の関係は下に凸の曲線で表せる。最大密度差（ρd）は、Ａ＝０．５で最小、Ａ＝０．７で最大となっていた。つまり、面積比（A）以外の条件が同じであれば、最大密度差（ρd）が最悪となるのは、Ａ＝０．７の場合であると考えて差し支えない。 Further, looking at the relationship between the area ratio (A) and the maximum density difference (ρd), the maximum density difference (ρd) is the smallest when A = 0.5 in the example of FIG. In order to examine the relationship between the maximum density difference (ρd) and the area ratio (A) in detail, as shown in FIG. 7, a graph with the horizontal axis representing the area ratio (A) and the vertical axis representing the maximum density difference (ρd) When the relationship between the two is plotted, the relationship between the two can be represented by a downwardly convex curve. The maximum density difference (ρd) was minimum at A = 0.5 and maximum at A = 0.7. That is, if conditions other than the area ratio (A) are the same, the maximum density difference (ρd) may be considered to be worst when A = 0.7.
前記のシミュレーション結果を基に、本実施形態では、圧縮成形品における最大密度差（ρd）が５％以内となるように、板部材（31）の大きさを設定した。ここで、最大密度差（ρd）の範囲を「５％以内」としたのは、最大密度差（ρd）がこの範囲であれば、最終成形品から部材を切り出す場合に実用上許容できる程度に「反り」を収めることができるからである。ただし、種々のばらつきなどを考慮すると、より好ましくは３％以内を目指して金型（10）を設計するのが理想的と考えられる。 Based on the simulation results, in this embodiment, the size of the plate member (31) is set so that the maximum density difference (ρd) in the compression molded product is within 5%. Here, the range of the maximum density difference (ρd) is set to “within 5%” so long as the maximum density difference (ρd) is within this range, it is practically acceptable when a member is cut out from the final molded product. This is because “warping” can be accommodated. However, considering various variations and the like, it is considered ideal to design the mold (10) with a more preferable range of 3% or less.
例えば、複数種類の成形後のシート厚さ（h）の圧縮成形品の成形に用いる金型（10）において、５％以内の最大密度差（ρd）を実現するには、図６から分かるように、最大密度差（ρd）が最悪となる条件である面積比（A）＝０．７、成形後のシート厚さ（h）＝６ｍｍに対応した密度差曲線（C）と、最大密度差（ρd）＝５％を示す直線（L1）との交点におけるｋの値（ｋ１）をパラメータｋの上限として、板部材（31）の一辺の長さ（a）と、厚さ（t）とを、それぞれ、定めればよい。つまり、パラメータｋの範囲は、最大密度差（ρd）が最悪となる、面積比（A）及び成形後のシート厚さ（h）の組み合わせを勘案して定め、そのパラメータｋに基づいて、板部材（31）の大きさを定めるのである。具体的にパラメータｋの値は、本シミュレーションによって、ｋ≦１×１０５とすればよいことが分かった。 For example, in order to realize a maximum density difference (ρd) within 5% in a mold (10) used for molding a compression molded product having a plurality of types of sheet thickness (h) after molding, as shown in FIG. And the density difference curve (C) corresponding to the area ratio (A) = 0.7, the sheet thickness after molding (h) = 6 mm, which is the worst condition for the maximum density difference (ρd), and the maximum density difference. The length (a) of one side of the plate member (31), the thickness (t), and the value of k (k1) at the intersection with the straight line (L1) indicating (ρd) = 5% Can be determined respectively. That is, the range of the parameter k is determined in consideration of the combination of the area ratio (A) and the sheet thickness (h) after forming, in which the maximum density difference (ρd) is worst, and based on the parameter k, the plate The size of the member (31) is determined. Specifically, it has been found that the value of the parameter k may be k ≦ 1 × 10 5 by this simulation.
なお、好ましくは、既述の通り、最大密度差（ρd）を３％以内に収めるのが良いと考えられる。３％以内の最大密度差（ρd）を実現するには、図６から分かるように、面積比（A）＝０．７、成形後のシート厚さ（h）＝６ｍｍに対応した密度差曲線（C）と、最大密度差（ρd）＝３％を示す直線（L2）との交点におけるｋの値（ｋ２）をパラメータｋの上限として、板部材（31）の一辺の長さ（a）と、厚さ（t）とをそれぞれ、定めればよい。具体的に、３％以内の最大密度差（ρd）を実現する、パラメータｋの値は、本シミュレーションによって、ｋ≦４×１０４とすればよいことが分かった。 Preferably, as described above, it is considered that the maximum density difference (ρd) should be within 3%. To realize the maximum density difference (ρd) within 3%, as can be seen from FIG. 6, the density difference curve corresponding to the area ratio (A) = 0.7 and the sheet thickness (h) = 6 mm after forming. The length (a) of one side of the plate member (31) with the k value (k2) at the intersection of (C) and the straight line (L2) indicating the maximum density difference (ρd) = 3% as the upper limit of the parameter k And the thickness (t) may be determined respectively. Specifically, it was found that the value of the parameter k that realizes the maximum density difference (ρd) within 3% may be k ≦ 4 × 10 4 by this simulation.
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態では、新たに考案した設計指標（パラメータｋ）に基づいて板部材（31）を設計して最大密度差（ρd）を所定範囲に収めたことによって、最終成形品の反りを実用上問題とならないレベルに低減できた。したがって、本実施形態によれば、粉体（P）を圧縮成形し更にそれを焼成してシート状の製品を製造するに際して、該製品の反りやクラックを低減することが可能になる。
<Effect in this embodiment>
As described above, in this embodiment, the final molded product is obtained by designing the plate member (31) based on the newly devised design index (parameter k) and keeping the maximum density difference (ρd) within a predetermined range. Was reduced to a level that would not cause a problem in practice. Therefore, according to this embodiment, when the powder (P) is compression-molded and further fired to produce a sheet-like product, it is possible to reduce warpage and cracks of the product.
しかも、本実施形態では、最大密度差（ρd）が最悪となる、面積比（A）及び成形後のシート厚さ（h）の組み合わせを勘案して金型（10）の設計に使用するパラメータｋ（すなわち設計指標）の範囲を定めたので、汎用性の高い金型（10）（例えば種々の成形後のシート厚さ（h）に対応可能な金型（10））を設計することが可能になる。 Moreover, in this embodiment, the parameters used for the design of the mold (10) taking into account the combination of the area ratio (A) and the sheet thickness (h) after forming, where the maximum density difference (ρd) is worst. Since the range of k (that is, design index) has been determined, it is possible to design a highly versatile mold (10) (for example, a mold (10) that can accommodate various sheet thicknesses (h) after molding). It becomes possible.
《その他の実施形態》
なお、実施形態の金型（10）で成形する粉体は、PTFE等の樹脂には限定されない。PTFEの他にPCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)を主成分とする樹脂の成形にも、金型（10）を利用できる。また、その他にも、例えば、金属粉、磁性粉、セラミックスなど圧縮成形が必要な粉体全般に適用可能であるし、更には、食品や化粧品や薬品錠剤の圧縮成形にも適用可能である。
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Note that the powder molded by the mold (10) of the embodiment is not limited to a resin such as PTFE. In addition to PTFE, the mold (10) can be used for molding a resin mainly composed of PCTFE (polychlorotrifluoroethylene). In addition, for example, the present invention can be applied to all powders that require compression molding such as metal powder, magnetic powder, and ceramics, and can also be applied to compression molding of foods, cosmetics, and chemical tablets.
また、上パンチ（30）に設けた円筒部材（32）は一例であり、円筒以外の中空の筒部材や中実の部材も採用できる。例えば、円筒部材（32）の代用として、中空の多角柱の採用も可能である。 Moreover, the cylindrical member (32) provided in the upper punch (30) is an example, and a hollow cylindrical member other than a cylinder or a solid member can be employed. For example, a hollow polygonal column can be used as a substitute for the cylindrical member (32).
また、板部材（31）を押すための筒部材（実施形態では円筒部材（32））の数も例示である。例えば、２つ以上の筒部材を設けることも可能である。 In addition, the number of cylindrical members (in the embodiment, cylindrical members (32)) for pressing the plate member (31) is also an example. For example, it is possible to provide two or more cylindrical members.
本発明は、粉体を成形する金型として有用である。 The present invention is useful as a mold for molding powder.
１０ 金型
２０ ダイ
２１ 貫通孔
３０ 上パンチ（第１パンチ）
３１ 板部材
３１ａ 平面部
４０ 下パンチ（第２パンチ）
５０ キャビティ
10
31
50 cavities
Claims (3)
貫通孔（21）を有するダイ（20）と、
前記貫通孔（21）の一端側に嵌まる第１パンチ（30）と、
平板状に形成され、前記貫通孔（21）の他端側に嵌まって、前記ダイ（20）及び前記第１パンチ（30）とともに、粉体（P）が充填されるキャビティ（50）を形成する第２パンチ（40）と、
前記第１パンチ（30）は、前記キャビティ（50）の一面をなす正方形の平面部（31a）を有した板部材（31）と、
前記平面部（31a）を押す部材（32）とを備え、
前記正方形の一辺の長さをａ（長さの単位はｍｍ（ミリメートル））、前記板部材（31）の厚さをｔ（長さの単位はｍｍ（ミリメートル））、ｋ＝ａ４／ｔ３とした場合に、
ｋの値がｋ≦１×１０５
となるように、前記正方形の一辺の長さ（a）、及び前記板部材（31）の厚さ（t）が設定され、
前記粉体（P）は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）又はポリクロロトリフルオロエチレン（PCTFE）を主成分とし、
前記第１パンチ（30）の平面部（31a）の面積（S0）と、該平面部（31a）における、前記部材（32）の中立面（NP）よりも内側部分の面積（S1）との比は、０．３〜０．７であることを特徴とする粉体成形用の金型。 In powder molds made of iron alloys ,
A die (20) having a through hole (21);
A first punch (30) fitted to one end of the through hole (21);
A cavity (50) that is formed in a flat plate shape, is fitted to the other end of the through hole (21), and is filled with powder (P) together with the die (20) and the first punch (30). A second punch (40) to be formed;
The first punch (30) includes a plate member (31) having a square flat surface portion (31a) forming one surface of the cavity (50) ,
A member (32) for pressing the flat surface portion (31a) ,
The length of one side of the square is a (the unit of length is mm (millimeter)), the thickness of the plate member (31) is t (the unit of length is mm (millimeter)), and k = a 4 / t 3
The value of k is k ≦ 1 × 10 5
As the length of one side of the square (a), and the plate thickness of the member (31) (t) is set,
The powder (P) is mainly composed of polytetrafluoroethylene (PTFE) or polychlorotrifluoroethylene (PCTFE),
The area (S0) of the plane part (31a) of the first punch (30), and the area (S1) of the inner part of the plane part (31a) from the neutral surface (NP) of the member (32) The powder mold is characterized in that the ratio of is 0.3 to 0.7 .
ｋの値がｋ≦４×１０４
となるように、前記正方形の一辺の長さ（a）、及び前記板部材（31）の厚さ（t）が設定されていることを特徴とする粉体成形用の金型。 In claim 1,
The value of k is k ≦ 4 × 10 4
The mold for powder molding, wherein the length (a) of one side of the square and the thickness (t) of the plate member (31) are set so that
前記粉体（P）は、ポリテトラフルオロエチレン又はポリクロロトリフルオロエチレンであることを特徴とする粉体成形用の金型。 In claim 1 or claim 2,
The powder (P) is a mold for powder molding, which is a polytetrafluoroethylene or polychlorotrifluoroethylene.
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